橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害現(xiàn)象與成因
2015-04-15 
   混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害是許多橋梁存在的問題。從結(jié)構(gòu)耐久性的內(nèi)涵出發(fā),首先介紹當(dāng)前橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害現(xiàn)象,然后對引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素分析。

   經(jīng)過近幾十年的快速發(fā)展,我國橋梁的數(shù)量已十分龐大。其中有不少橋梁暴露出病害,更有一些橋梁在遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期使用壽命時,就出現(xiàn)耐久性能嚴(yán)重退化的現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)倒塌等毀滅性事故。使用壽命及耐久性能的提高將是21世紀(jì)橋梁技術(shù)進(jìn)步的重要標(biāo)志。

   一、結(jié)構(gòu)耐久性的內(nèi)涵

    在最普遍的意義上,結(jié)構(gòu)的耐久性就是指其維持初始性能(包括安全性、適用性及美觀)的能力。從專業(yè)研究及便于量化的角度,結(jié)構(gòu)的耐久性可更具體的定義為:結(jié)構(gòu)在外界環(huán)境及其他因素(設(shè)計預(yù)期的正常荷載,對于突發(fā)性災(zāi)害事件不應(yīng)多考慮)共同作用下,在同樣(或等效的)的建設(shè)和運營維護(hù)總成本(壽命周期總成本)下,在設(shè)計使用壽命期內(nèi),保持預(yù)期的安全性、適用性的能力。即耐久性的內(nèi)涵應(yīng)包括耐久的長壽命及經(jīng)濟(jì)地耐久性。

   二、橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害現(xiàn)象

   (一)橋面鋪裝破壞

      在車輛(尤其是超載、超限車輛)的長期作用下,尚未達(dá)到預(yù)期年限的橋面板經(jīng)常出現(xiàn)凸凹不平或網(wǎng)狀開裂等破壞現(xiàn)象。橋面鋪裝的過早破壞是世界范圍的難題,特別是在氣候寒冷需要采用除冰鹽消除橋面積雪的國家和地區(qū),因為氯鹽侵蝕和凍融破壞的共同作用,橋面鋪裝壽命短、病害嚴(yán)重的情況非常普遍。橋面鋪裝損壞的問題在我國也非常嚴(yán)重,不僅在早期修建的橋梁中大量存在,而且國內(nèi)近年來修建的幾座特大型橋梁(如虎門大橋、廈門海滄大橋、江陰大橋等)在運營不到5年就紛紛出現(xiàn)橋面鋪裝損壞的問題。

  ?。ǘ蝾^跳車

      橋梁運營一段時間后,普遍存在臺后填土下沉的現(xiàn)象,使橋頭跳車成為一種常見的病害。跳車產(chǎn)生的劇烈沖擊和振動降低了行車的舒適性、增加了汽車的故障率,車輛對橋臺和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大的沖擊力,又會使跳車現(xiàn)象更加嚴(yán)重,并影響橋梁的耐久性與使用壽命。

  ?。ㄈ┗炷灵_裂

      在混凝土橋梁中,梁體開裂是一種影響耐久性的較為普遍的現(xiàn)象?;炷亮芽p按開裂部位可分為:主梁頂、底板開裂,腹板開裂,齒板開裂,預(yù)應(yīng)力錨頭區(qū)開裂等。按成因可分為結(jié)構(gòu)裂縫和非結(jié)構(gòu)裂縫。結(jié)構(gòu)裂縫是指混凝土所受拉應(yīng)變超過極限應(yīng)變而出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象,它的寬度可隨著荷載的變化而變化。非結(jié)構(gòu)裂縫一般是指由于變形受到約束而出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象。

  ?。ㄋ模╀摻钿P蝕

      受力鋼筋的銹蝕將導(dǎo)致其有效截面的下降;銹蝕后鋼筋的體積膨脹又會導(dǎo)致混凝土開裂或表面混凝土成塊脫落,從而削弱構(gòu)件整個截面的面積;隨著鋼筋銹蝕程度的增大,鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力減小、共同作用受到損害,從而引起構(gòu)件承載力下降?;炷灵_裂后又使原來處于混凝土保護(hù)層下的鋼筋暴露于空氣中,加快了鋼筋銹蝕速度,造成惡性循環(huán)。引起鋼筋銹蝕的兩個主要原因是混凝土的碳化及氯離子的侵蝕。

   三、引起橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的因素分析

    引起橋梁病害的因素很多,涉及到橋梁的勘探、設(shè)計、施工、使用、養(yǎng)護(hù)等各個方面,且因橋梁的結(jié)構(gòu)類型、使用環(huán)境等的不同而不同。許多設(shè)計人員往往只滿足于規(guī)范對結(jié)構(gòu)強度計算上的安全度需要,而忽視從結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、材料、結(jié)構(gòu)維護(hù)以及從設(shè)計、施工到使用全過程中經(jīng)常出現(xiàn)的人為錯誤等方面去加強和保證結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性。當(dāng)然使用方面也存在造成橋梁結(jié)構(gòu)耐久性病害的原因。總的來,主要有下面幾個方面。

  ?。ㄒ唬┰O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低

      我國公路橋梁荷載標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)過多次修改逐步提高的,隨著交通事業(yè)的發(fā)展,舊有橋梁的荷載標(biāo)準(zhǔn)不能滿足當(dāng)前汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)的要求,由此可能導(dǎo)致橋梁耐久性加速劣化,這種情況在世界各國都普遍存在。此外,長期以來,由于經(jīng)濟(jì)及社會條件的限制,我國規(guī)范在橋梁性能及構(gòu)造細(xì)節(jié)設(shè)計方面的要求一直較低,也在客觀上影響了橋梁的耐久性。

   (二)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造細(xì)節(jié)不合理

      在國內(nèi)橋梁總體設(shè)計方案的比選過程中,一般由地質(zhì)條件、施工方法、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等因素來決定方案的取舍,而很少從耐久性的角度來進(jìn)行分析和評價。例如采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),簡支或連續(xù),T型梁或箱梁以及跨徑比例、斷面尺寸的擬定等眾多結(jié)構(gòu)與構(gòu)造問題,不但影響經(jīng)濟(jì)性,對橋梁的耐久性能也有很大影響,評價指標(biāo)的缺失,可能導(dǎo)致中選方案的結(jié)構(gòu)耐久性能不足,為運營后橋梁出現(xiàn)病害埋下了病根。有的結(jié)構(gòu)整體性和延性不足,冗余性小;有的計算圖式和受力路線不明確,造成局部受力過大;有的混凝土強度等級過低、保護(hù)層厚度過小、鋼筋直徑過細(xì)、構(gòu)件截面過??;這些都會削弱結(jié)構(gòu)耐久性,增加橋梁的病害。

   (三)計算的因素

      在橋梁設(shè)計和計算過程中,未充分考慮混凝土徐變、收縮及溫度應(yīng)力等非荷載因素的影響;在進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析時過度強調(diào)局部性單元劃分的精細(xì)化,對結(jié)構(gòu)邊界約束、銜接條件和傳力路徑等全局性問題認(rèn)識不夠;對施工方法、順序和施工荷載對結(jié)構(gòu)成橋性能的影響重視不夠:在構(gòu)件的特殊部位,如構(gòu)件的角隅處,預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固處,在局部應(yīng)力傳遞與分布的影響下,會出現(xiàn)應(yīng)力突變,由于計算手段和理論的局限,往往出現(xiàn)構(gòu)造配筋布置不足或不當(dāng)?shù)膯栴}。

  ?。ㄋ模┢嚦d運行

      汽車超載主要有三種情況:其一是早期修建的老橋超齡負(fù)載運營;其二是橋梁通行的車流量超過原設(shè)計預(yù)期;另一種是車輛違規(guī)超載。前兩種產(chǎn)生的原因主要是設(shè)計荷載的變化和交通量的增加所導(dǎo)致;后者是車輛使用者違法超載營運,后兩種超載現(xiàn)象在我國公路交通運輸中較為普遍。一方面,橋梁的超載使用可能引發(fā)疲勞問題。超載會使橋梁疲勞應(yīng)力幅度加大、損傷加劇,甚至?xí)霈F(xiàn)一些由超載引發(fā)的結(jié)構(gòu)破壞事故。另一方面,由于超載造成的橋梁內(nèi)部損傷不能恢復(fù),將使橋梁在此后正常荷載下的工作狀態(tài)發(fā)生變化,從而可能危害橋梁的安全性和耐久性。

  ?。ㄎ澹┢渌蛩?br />
      其他對橋梁造成的危害的因素包括風(fēng)雨侵襲及自然環(huán)境作用、受到意外強烈沖擊、溫度的變化導(dǎo)致的力及應(yīng)力重分布、地震、洪水等自然災(zāi)害等。橋梁的耐久性病害和原因并不完全是一一對應(yīng)的,往往一個因素是誘發(fā)病害的主要起因,其他因素則加速或促進(jìn)病害的發(fā)展。
Copyright © 2007-2022 cnbridge.cn All Rights Reserved
服務(wù)熱線:010-64708566 法律顧問:北京君致律師所 陳棟強
ICP經(jīng)營許可證100299號 京ICP備10020099號  京公網(wǎng)安備 11010802020311號